乙烯裂解压缩机组调速系统故障分析

李志峰 于丽丽 杨发义 李贞强(中国石油辽阳石化公司，辽宁 辽阳 111003)

乙烯裂解压缩机组调速系统故障分析

李志峰 于丽丽 杨发义 李贞强(中国石油辽阳石化公司，辽宁 辽阳 111003)

介绍乙烯裂解压缩机组的透平调速控制系统的构成，阐述了该调速控制系统的控制原理；分析了该调速控制系统的故障产生原因和解决办法。

透平调速控制系统;电液转换器(I/H)；WOODWARD CPC

公司乙烯裂解装置是七十年代初从法国引进，2007年将乙烯的生产能力扩大到20万吨/年，同时对部分关键压缩机组进行了升级改造，目前裂解压缩机包括由炉区自产高压蒸汽驱动的多段离心式压缩机C201/C204和由中压蒸汽驱动的多段离心式制冷压缩机C401/C402，虽然自装置投产以来运转一直比较平稳，但自2015年以来曾多次间歇性出现转速波动现象。

1 典型故障现象

现象1：压缩机C201调速器自动投运状态下出现故障时，测量转速值不能跟踪设定值，导致调速器电流输出不断增加，直到调速器最后达到100%输出，但实际测量转速值仍保持一个恒定值；改为手动状态仍未解决此问题，从以上情况判断说明汽轮机的调速阀门有卡塞现象，故障点未确定。

现象2：自2015年11月开始，压缩机C401调速器出现波动，频率为每周1～2次，当C401调速器控制方式打到“自动”时，C401调速阀阀位会逐渐关小，但压缩机转速反应迟缓保持恒定不变，当调速阀下降到一定程度时，压缩机转速突然变化，最多时下降500～600 r/min左右。将调速器控制方式改为“手动”，之后转速未出现明显波动情况，但压缩机吸入压力波动较大，在调速器“自动”控制方式下转速异常波动原因有待查明。

2 压缩机组调速系统故障原因分析

2.1 蒸汽质量对压缩机转速波动的影响

蒸汽的产生来自装置的裂解炉区，每台炉上减温增湿器的使用效果对蒸汽的品质至关重要，当减温增湿器内漏严重导致调节效果不好时，蒸汽的品质将无法保障，当品质降低时，会立刻导致压缩机转速降低，系统自动开调速阀来提高转速，严重时或出现即使全开调速阀仍无法达到额定转速的现象。尤其在开车初期，刚暖管后，因蒸汽质量不好易出现冲转速度不够，在规定时间内未达到设定的最小转速而联锁停机的现象，但此次出现问题是在机组正常状态下发生，同时由于多台机组共用蒸汽管网，从DCS记录趋势看，使用同一管网的其它机组未发生转速异常波动，故可以排除因蒸汽品质控制不好而引起转速异常波动的可能性。

2.2 装置负荷变化和防喘振阀振荡对压缩机转速的影响

因装置冷区用户的不同而导致负荷变化时，会引起轴向推力的变化，在监视曲线上得以体现，但在此次故障时轴向推力并无明显变化，同时工艺操作也证实在此期间并无调整，故排除因负荷变化引起压缩机组转速波动的可能。防喘振阀由于自身故障产生振荡时，类似于负荷变化，产生同样的效果，但由于振荡的规律性，在转速曲线上将产生等幅振荡波动的规律性曲线，从而加以判别，但在此次故障时转速曲线出现无规律的突发性随机变化，故也排除因防喘振阀自激振荡引起压缩机组转速波动的可能性。

2.3 调速器对压缩机转速波动的影响

GE提供的压缩机调速系统主要由两个转速传感器、安全栅(MTL-5032)、调速器(CCC 系统调速器的改造内容详见《乙烯制冷压缩机组防喘振控制系统的改进》一文[1])、WOODWARD电液转换器(CPC)、液压执行机构(错油门和油动机) 和蒸汽调节阀等组成。其原理是转速传感器将转速信号转换成对应的频率信号，进入调速器(CCC 系统)后经过高选器选择一个可靠信号后经频率数字转换器转换成数字信号，与转速设定值比较后产生驱动信号来改变蒸汽调节阀的开度，从而使机组的转速稳定在设定值[2]。

从转速波动现象观察和分析，当机组转速上升时，调速阀下关 ，转速信号下降后到设定值，调速阀的输出上升回到原位，说明调速器调节功能正常，同时检查调速器(CCC 系统)的软硬件状态和输入输出诊断，确认系统工作正常，可以排除转速波动不是调速器(CCC 系统)故障引起。

2.4 转速传感器对压缩机转速波动的影响

转速传感器(瑞士JAQUET 生产的霍尔效应传感类型的DSF探头)常有因现场环境温度高或接触机体泄露油后老化而出现电缆绝缘层开裂现象，也可能由于检修安装的位置不当，当机组运转后出现机械磨损导致绝缘下降，这几种现象均可能在信号电缆屏蔽层产生电势环流，从而会引起测量信号扰动，对测量系统产生干扰，严重影响安全生产；转速传感器损坏时必须及时更换，但在此次故障发生时，转到“手动”操作状态下，转速稳定并未出现异常波动，故也排除因转速传感器故障引起压缩机组转速波动的可能。

2.5 执行机构对压缩机转速波动的影响

在机械设备专业排除液压执行机构(错油门和油动机) 和调节阀故障的可能性之后，将问题的焦点集中在WOODWARD电液转换器(CPC)上。其液压原理图见图1。WOODWARD电液转换器(CPC)将4—20MA控制信号线性成比例地转换为压力输出，CPC是一种电液压力转换器，由执行器、压力传感器和电子控制电路板三部分构成，电液转换器(CPC)输出压力和给定值比较后，产生一个参考信号，此参考信号再与位移传感器相比较产生一个驱动信号给执行机构，使液压旋转阀处于用户所需要的位置(执行器转子直接与液压阀耦合)[3]；CPC液压阀的构造可允许最大40μm的杂质进入，压力油输入端内置过滤器的名义精度为70μm(可通过的最大颗粒105μm)，阀由两个端口组成，一端从压力油到输出，一端从输出到回油，当打开压力油到输出端口时，输出压力增加，反之减小。

图1 CPC的液压原理图

从结构和厂家资料上看油质对压缩机转速波动影响至关重要，如果电液转换器的控制油供给压力或流量不足，均会造成电液转换器(CPC)输出驱动调节汽门开度异常，造成压缩机转速异常波动，继而导致工艺无法满足生产要求，更严重时会造成压缩机被迫停机；如果动力油不洁净，会造成电液转换器的旋转阀芯卡塞，无法正常调节；当时检查润滑油泵的转速稳定，油压稳定；同时对润滑油品质加以分析，油的粘度、乳化程度、机械杂质、水分含量等指标均在合理范围内。

在排除已确认的各种可能性后，以下的两种情况更可能引起压缩机转速波动：

①电液转换器(CPC)有电子元器件老化现象(现场条件恶劣油温控制不稳等因素引发)或液压旋转阀动作不灵敏，导致运行不稳定；②控制油供给流量不足，导致电液转换器(CPC)灵敏度降低或卡涩，无法及时调整动作；

根据以上几个方面的综合分析和厂家提供的资料，在2015年底对C-401压缩机组电液转换器(CPC)参数设定进行在线调整，增加反吹频次，转速波动明显减小，保持在12990-13130 r/min之间，阀位基本在20%～25%开度之间波动。

但由于压缩机组C-201电液转换器(CPC)卡塞严重，多次在线调整后未见效果，仍不能稳定运行，2016年3月在装置窗口检修期间，将该机组的电液转换器(CPC)进行更换，同时对更换下的电液转换器(CPC)做解体检修，拆解后发现过滤网严重阻塞，见图2和图3，同时排放的机油含有大量的杂质和粘稠絮状物，尽管当时分析油质正常，但由于电液转换器(CPC)经多年运行，油质不能保证长年稳定，在加油或换油过程中均可能短期出现油质不合格的情况，并不易发现，从而对精密设备的正常使用造成潜在的隐患。

图2 拆解后排放的杂质

图3 拆解下来的过滤网

电液转换器(CPC)经过全面清洗和更换过滤网后，重新校验合格，作为备用。使用新的电液转换器(CPC)后，压缩机系统调速运行正常，至此C-201/C-401调速问题得以彻底解决，重新投用自动控制状态。

3 保证压缩机组转速稳定性的几点建议

(1)保证转速测量探头的完好，在保证转速测量探头正确安装的情况下，要定期检查本特利机架监控卡件的状态指示灯是否稳定处于常亮状态，如闪烁或红灯则检查趋近器的线路解决问题；日常巡检中要检查探头或延长线是否有焦化(透平处保温效果不好会使温度过高)或绝缘破损情况，如出现应及时更换；

(2)定期对比同一机组监测点的转速，判断测量值是否存在偏差，以保证数据可靠性(一般情况厂家对调速探头和联锁超速保护探头使用不同厂家和不同工作原理的产品，如本机组使用本特利电涡流原理探头做联锁超速保护，使用JAQUET的霍尔效应传感器探头做调速用)；

(3)装置定期大修或窗口检修更换电液转换器(CPC)后，必须进行静态联动校验，调整参数以保证控制系统对应的阀门开度正确无误；

(4)具备条件情况下，可增加电液转换器(CPC)前的过滤网，同时要定期清洗或更换，尽管电液转换器(CPC)的设计上提供了能够定期反吹等自洁功能，但效果有限，从根本上油质要得到保证，过滤网的堵塞是一个不断累积的过程。

4 结束语

有针对性分析裂解压缩机调速系统常见故障和解决问题的办法，节约了故障的处理时间，减少机组的波动和停机次数，为今后的维护工作提供借鉴和指导，更好的保障了装置的安全平稳生产。

[1]李志峰,于丽丽,杨发义,邹春雨.乙烯制冷压缩机组防喘振控制系统的改进. 化工自动化及仪表,2015.

[2]王治军,王玉龙.氮气压缩机转速波动分析及处理.化工自动化及仪表,2008.

[3]张燕,许斌海,安连祥,安金龙.CPC-Ⅱ电液转换器的性能分析. 化工自动化及仪表,2011.

李志峰(1971- )，男，1993年毕业于抚顺石油学院自动化系工业自动化仪表专业，本科学历，高级工程师职称，现任仪表车间主任，主要从事仪表维护管理工作。